JP5634715B2 - Method for manufacturing compliant plate seal assembly - Google Patents
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Description
本発明は、回転部品と静止部品との間のシール構造に関し、より詳細には、コンプライアントプレートシール構造の製造方法に関する。 The present invention relates to a seal structure between a rotating part and a stationary part, and more particularly to a method for manufacturing a compliant plate seal structure.
ロータ(例えば、回転シャフト)とステータ(例えば、静止シェル又はケーシング)との間の動的シールは、ターボ機械において重要な懸案事項である。従前幾つかのシール法が用いられている。特に、コンプライアントプレートシールのようなシール部材を始めとする可撓性部材に基づくシールが使用されている。 Dynamic sealing between the rotor (eg, rotating shaft) and the stator (eg, stationary shell or casing) is an important concern in turbomachinery. Several sealing methods have been used in the past. In particular, seals based on flexible members, including seal members such as compliant plate seals, are used.
公知のブラシシールには、略円筒形の密集ブリストルを、漏れを低減するためスタガ配置に並べたものがある。ブリストルは、定常運転中に狭いクリアランスを維持しながら、ロータ偏位が起きたときにブリストルが移動できるように半径方向の剛性が低い。しかし、ブラシシールは概してシール前後の圧力差がある限られた値未満のときにしか有効でない。ブリストルの略円筒形の幾何形状に起因して、ブラシシールは、軸方向の剛性が低いことがあり、そのため、公知のブラシシールでの最大作動可能圧力差が略400psi未満に制限される。 Some known brush seals have a substantially cylindrical dense bristol arranged in a staggered arrangement to reduce leakage. Bristol has low radial stiffness so that it can move when rotor excursion occurs while maintaining a narrow clearance during steady state operation. However, brush seals are generally only effective when the pressure difference across the seal is below a limited value. Due to Bristol's generally cylindrical geometry, brush seals may have low axial stiffness, which limits the maximum operable pressure differential with known brush seals to less than approximately 400 psi.
コンプライアントプレートシールは、同等の半径方向剛性で軸方向剛性が格段に高いプレート状幾何形状を有しており、このようなシールは、公知のブラシシールよりも大きな圧力差で使用できる。コンプライアントプレートは、リーフパックとして植設されることが多く、コンプライアントシールをロータ(例えば、回転シャフト)に対して支持するハウジングに溶接される。コンプライアントシールは、その外側直径でハウジングに溶接される。溶接プロセスの際に、コンプライアントシールは収縮して、コンプライアントプレートの変形及び縮緬を引き起こすことがあり、コンプライアントプレートの寸法精度及び半径方向剛性に影響を及ぼし、軸方向漏出の増大及びロータ加熱を始めとする幾つかの問題を招きかねない。 Compliant plate seals have a plate-like geometry with comparable radial stiffness and much higher axial stiffness, and such seals can be used with a greater pressure differential than known brush seals. The compliant plate is often implanted as a leaf pack and is welded to a housing that supports a compliant seal against a rotor (eg, a rotating shaft). The compliant seal is welded to the housing at its outer diameter. During the welding process, the compliant seal can shrink, causing deformation and crimping of the compliant plate, affecting the dimensional accuracy and radial stiffness of the compliant plate, increasing axial leakage and rotor heating. Can lead to several problems, including
本発明の1つの態様によれば、コンプライアントプレートシールの製造方法が提供される。本方法は、複数のコンプライアントプレート及び複数のスペーサシムを溶接治具に取り付けて、溶接治具の半径方向に対して傾斜し且つ溶接治具のベース部に対して湾曲部を有するコンプライアントプレートを備えたリーフパックを形成する段階を含む。本方法はさらに、コンプライアントプレート及びスペーサシムの側部を溶接治具上に配置されたフックプレートに溶接する段階を含む。 According to one aspect of the present invention, a method for manufacturing a compliant plate seal is provided. In this method, a plurality of compliant plates and a plurality of spacer shims are attached to a welding jig, and the compliant plate is inclined with respect to the radial direction of the welding jig and has a curved portion with respect to the base portion of the welding jig. Forming a provided leaf pack. The method further includes welding the compliant plate and the sides of the spacer shim to a hook plate disposed on a welding jig.
本発明の別の態様によれば、シール組立体が提供される。シール組立体は、第1のフックリングセグメント及び該第1のフックリングセグメントに平行な第2のフックリングセグメントと、交互に配列されたコンプライアントプレート及びスペーサシムを含む、フックリングセグメントに溶接されたリーフパックと、リーフパックに結合された半径方向流れプレートとを含む。加えて、リーフパックのコンプライアントプレート及びスペーサシムの各々は、半径方向流れプレートを受けるために機械加工されて除去される上側セクションを含む。さらに、フックリングセグメントとコンプライアントプレートの各々との間の溶接部が、リーフパックの外側部分から、コンプライアントプレート及びスペーサシムをフックリングセグメントに固定するための深さまで延びる。 According to another aspect of the invention, a seal assembly is provided. The seal assembly is welded to the hook ring segment, which includes a first hook ring segment and a second hook ring segment parallel to the first hook ring segment and alternating compliant plates and spacer shims. A leaf pack and a radial flow plate coupled to the leaf pack. In addition, each compliant plate and spacer shim of the leaf pack includes an upper section that is machined and removed to receive the radial flow plate. In addition, welds between the hook ring segment and each of the compliant plates extend from the outer portion of the leaf pack to a depth for securing the compliant plate and spacer shims to the hook ring segment.
本発明のさらに別の態様によれば、溶接治具組立体が提供される。溶接治具は、湾曲を有するベース部と、該ベースに取り付けられた第1のフックプレートと、ベースに取り付けられ且つ第1のフックプレートに平行な第2のフックプレートとを有する溶接治具本体を含む。溶接治具はさらに、フックプレートの間に配置されてリーフパックを形成する交互に配列されたコンプライアントプレート及びスペーサシムと、リーフパックの何れかの端部上に配置されて、溶接治具のベースの湾曲に対するリーフパックの角度を確定する傾斜ブロックと、を含む。加えて、溶接領域は、フックプレートのフックリングセグメントと、複数のスペーサシム及び複数のコンプライアントプレートの各々の軸方向に延びる縁部との間に定められる。 According to yet another aspect of the present invention, a welding jig assembly is provided. The welding jig body includes a curved base portion, a first hook plate attached to the base, and a second hook plate attached to the base and parallel to the first hook plate. including. The welding jig is further disposed on either end of the leaf pack with alternating compliant plates and spacer shims arranged between the hook plates to form the leaf pack and the base of the welding jig. And an inclined block defining an angle of the leaf pack with respect to the curvature of In addition, the weld area is defined between the hook ring segment of the hook plate and the axially extending edges of each of the plurality of spacer shims and the plurality of compliant plates.
これら及び他の利点並びに特徴は、図面を参照しながら以下の説明から明らかになるであろう。 These and other advantages and features will become apparent from the following description with reference to the drawings.
本発明は、本明細書と共に提出した特許請求の範囲に具体的に指摘し且つ明確に特許請求している。 The invention is specifically pointed out and distinctly claimed in the claims appended hereto.
本発明の上記及び他の特徴並びに利点は、添付図面を参照しながら以下の詳細な説明から明らかである。 The above and other features and advantages of the present invention will be apparent from the following detailed description with reference to the accompanying drawings.
例示的な実施形態は、半径方向の流量リストリクタを備えたコンプライアントプレートシールを製作する製造方法を含む。例示的な実施形態において、本方法は、独立したスペーサで間の空間が占められたコンプライアントプレートをシールの両側の軸方向溶接を有するフックにてリング又はリングセグメントに接合する段階を含む。コンプライアントプレート及びスペーサは、溶接治具に装着されたフックリング上に交互に取り付けられる。コンプライアントプレートの角度は、治具の各端部において円周方向傾斜ブロックによって確定される。傾斜ブロックは、円周方向に駆動され、取り付け時にシールパックを加圧することができる。シール先端での半径方向表面は、コンプライアントプレートの回転運動をフック上の接触点の付近に制限する。スペーサシム及びコンプライアントプレート並びにスペーサがその上で取り付けられるフックリングは、コンプライアントプレート及びスペーサの軸方向に延びた縁部の幅と同様の厚みがある。キャッププレートは、コンプライアントプレート及びスペーサの外側直径で取り付けられ、取り付け後にこれらをクランプしてギャップを排除し、溶接中の移動を阻止する。コンプライアントプレート及びスペーサシムは、深く狭い電子ビーム又はレーザ溶接を用いて各側部上のフックリングの外側直径に対し軸方向で溶接される。溶接した組立体を溶接治具から取り外した後、フックプレートの下側領域を規定の直径にまで機械加工して、嵌合ハウジングに精密に適合する。コンプライアントプレートの先端は、機械加工されたフックセグメントの内側直径に対して最終シール内側直径にまで機械加工される。上記シール内側直径は、ロータ直径に略等しい。次いで、コンプライアントプレートのセグメントは、所要の翼弦長さに弦方向で切断される。弦方向切断に続き、コンプライアントプレートにおける中央切欠部上の上側領域が除去され、半径方向流量リストリクタプレートと共に機械加工済み弓形ハウジングに対してクリアランスを提供する。機械加工されたシールは、半径方向流量リストリクタプレートと共にハウジング内に取り付けられる。溶接リングセグメントの内側直径は、シール及びシールの外形をハウジング内の嵌合溝内側直径に対して位置付ける。ハウジングの端面は、シールの予め定められたカント角度で予め切断することができ、或いは、シールとの取り付けの後に切断してもよい。後者を実施する理由は、完全なリングシールを形成するときに、ハウジングの製造とシールセグメントの製造との間の機械加工公差が、全体のシール漏出の原因となる隣接シールセグメント間のギャップを生じさせる可能性があるためである。 An exemplary embodiment includes a manufacturing method for making a compliant plate seal with a radial flow restrictor. In an exemplary embodiment, the method includes joining a compliant plate occupied by a space between independent spacers to a ring or ring segment with hooks having axial welds on both sides of the seal. The compliant plate and the spacer are alternately mounted on the hook ring mounted on the welding jig. The angle of the compliant plate is determined by a circumferentially inclined block at each end of the jig. The inclined block is driven in the circumferential direction and can pressurize the seal pack during installation. The radial surface at the seal tip limits the rotational movement of the compliant plate to near the contact point on the hook. The spacer shim and compliant plate and the hook ring on which the spacer is mounted have a thickness similar to the width of the axially extending edges of the compliant plate and spacer. The cap plate is attached at the outer diameter of the compliant plate and spacer and clamps them after installation to eliminate gaps and prevent movement during welding. The compliant plate and spacer shim are welded axially to the outer diameter of the hook ring on each side using deep and narrow electron beams or laser welding. After removing the welded assembly from the welding fixture, the lower area of the hook plate is machined to a specified diameter to precisely fit the mating housing. The tip of the compliant plate is machined to the final seal inner diameter relative to the machined hook segment inner diameter. The seal inner diameter is approximately equal to the rotor diameter. The compliant plate segments are then cut in the chord direction to the required chord length. Following the chord cut, the upper region on the central notch in the compliant plate is removed to provide clearance along with the radial flow restrictor plate for the machined arcuate housing. The machined seal is mounted in the housing with a radial flow restrictor plate. The inner diameter of the weld ring segment positions the seal and the outer shape of the seal relative to the inner diameter of the mating groove in the housing. The end face of the housing can be pre-cut at a predetermined cant angle of the seal or may be cut after attachment with the seal. The reason for implementing the latter is that when forming a complete ring seal, the machining tolerances between housing manufacture and seal segment manufacture create gaps between adjacent seal segments that cause overall seal leakage. It is because there is a possibility of making it.
例示的な実施形態では、コンプライアントプレートは、シールの仕上げ又は再形成に必要な後処理ステップの数を最小にする弓形セグメントで組み立てられる。コンプライアントプレート及びスペーサの向きは、溶接固定方法によって決定することができる。この固定は、コンプライアントプレート及びスペーサシムを接触直径で極めて緊密にパックする。コンプライアントプレートの両側に軸方向の溶接が施されて、剛直なリングセグメントの外側直径に接合し、ここでコンプライアントプレート及びスペーサは、最小ギャップで密接な関係にある。このリングセグメントの外側直径は、フック直径と呼ばれる。溶接収縮に関連する変形を最小にするために、スペーサは、フック直径を下回る特定の半径方向距離を延びて、隣接コンプライアントプレート間のテーパ付きギャップにまで及ぶ。この半径方向位置は、接触直径と呼ばれる。当業者であれば、フック直径及び接触直径が溶接プールの少なくとも半分だけ離れていなければならない点を理解されるであろう。 In the exemplary embodiment, the compliant plate is assembled with arcuate segments that minimize the number of post-processing steps required to finish or reform the seal. The orientation of the compliant plate and the spacer can be determined by a welding fixing method. This fixation packs the compliant plate and spacer shim very tightly at the contact diameter. Axial welds are made on both sides of the compliant plate to join the outer diameter of the rigid ring segment, where the compliant plate and spacer are in close relationship with a minimum gap. The outer diameter of this ring segment is called the hook diameter. In order to minimize the deformation associated with weld shrinkage, the spacer extends a certain radial distance below the hook diameter and extends to a tapered gap between adjacent compliant plates. This radial position is called the contact diameter. One skilled in the art will appreciate that the hook diameter and contact diameter must be separated by at least half of the weld pool.
例示的な実施形態では、電子ビーム又はレーザ溶接は、コンプライアントプレート及びシムが溶接継手において内側リングのペアに半径方向で緊密にパックされるシール上の半径方向位置において行われる。 In an exemplary embodiment, the electron beam or laser welding is performed at a radial position on the seal where the compliant plate and shim are radially tightly packed into a pair of inner rings at the weld joint.
図1は、本明細書で説明される例示的な実施形態に従って製造された例示的なコンプライアントプレートシール組立体10の斜視図である。図2は、線2−2で取ったシール組立体10の断面図。より具体的には、図2において、シール組立体10は、本明細書で説明されるように、半径方向外向き又は後退位置で示されている。図3は、ロータ12が存在する状態の図2に示すシール組立体10の断面図である。図3はさらに、スペーサシム及びコンプライアントプレート間でフック直径から外側直径まで増大するギャップを備えて、交互するスペーサシム及びコンプライアントプレートの配置の詳細図を示している。
FIG. 1 is a perspective view of an exemplary compliant
例示的な実施形では、コンプライアントプレートシール組立体10は、ロータとステータ間の軸方向漏出の低減を可能にする。より具体的には、ハウジング14は、ロータ12がハウジング14と相対的に回転するように、タービン静止シェル又はステータに結合される。例示的な実施形態において、ハウジング14は、剛直な方法で、又はパックリングセグメントの一部としてステータ内で結合することができる。複数の弓形セグメントを円周方向で互いに隣接して配列し、高圧領域33と低圧領域35との間に環状シールを形成することができる。例えば、60度の6つのセグメントを各々利用して、環状シールを形成することができる。代替の実施形態では、コンプライアントプレートシール及びハウジング14は、360度の環状リングの形態とすることができ、ハウジングはステータに結合することができる。図2は、ハウジング14をコンプライアントプレート部材16に結合する位置決めスクリュー40を示す。シール組立体10が本明細書で説明されるように機能することが可能な、あらゆる好適なハウジング構成、結合技術、及び締結技術を実装することができる。
In the exemplary embodiment, compliant
シャフトシール組立体10は、ハウジング14に対向する(すなわち向かい合う)関係で根元部26に固定された複数のコンプライアントプレート部材16を備える。複数のスペーサシム21は、コンプライアントプレート部材16と交互に差し込まれており、スペーサシム21がコンプライアントプレート部材16と交互に配列されるようになる。本明細書で使用される用語「対向関係」とは、1つのコンプライアントプレート部材16の第1の側面28が中間の隣接するスペーサシム21の第2の側面に隣接しており、1つのコンプライアントプレート部材16の第2の側面30が中間の隣接するスペーサシム21の第1の側面に隣接していることを指す。コンプライアントプレート部材16の各側面28、30は、各コンプライアントプレート部材16の高圧側33にある前方面32から各コンプライアントプレート部材16の低圧側35にある後方面34まで、及び各コンプライアントプレート部材16の根元部26から先端36まで延びる。プレート部材16の前方面32及び/又は後方面34は、高圧側33及び/又は低圧側35それぞれで露出することができることは理解される。例示的な実施形態では、各コンプライアントプレート部材16は、各側面28及び30に沿って実質的に平面又は平坦である。シャフトシール組立体10はさらに、コンプライアントプレート部材16及びスペーサシム21の各々の根元26に隣接して取り付けられる(例えば溶接される)フックリングセグメント27を含む。
The
例示的な実施形態では、コンプライアントプレート部材16が実質的に一定の厚みTを有する場合、ギャップ38は、該ギャップ38が内側部分44よりも外側部分42でより
広いように、隣接するコンプライアントプレート部材16間で定められる。本明細書でさらに説明されるように、隣接するコンプライアントプレート部材16間に交互に位置付けられるスペーサシム21が存在することにより、ギャップ38はこれに応じて予め定められる。従って、ギャップ38は、外側部分42から内側部分44に向かってテーパが付けられる。このため、プレート部材16の根元部26は、「緩くパックされている」と考えることができ、先端36は、「緊密にパックされている」と考えることができる。本明細書で使用される用語「緊密にパックされている」とは、隣接するプレート先端36が互いに接触しないが近接して間隔を置いて配置されている配向をさす。
In the exemplary embodiment, when
例示的な実施形態では、コンプライアントプレート部材16は、各プレート部材16がロータ12のそれぞれの接平面に対して角度θ(本明細書では「カント角」とも呼ばれる)に向けられるようにハウジング14に結合される。接平面48は、プレート先端36に近接した、ロータ50上の線50において定められる。より具体的には、側面28及び/又は30の少なくとも1つは、接平面48に対して角度θに向けられる。例示的な実施形態では、カント角θは90°未満である。1つの実施形態では、カント角θは約30°と約75°の間である。本明細書で説明される組立技術はまた、本明細書で説明されたカント角の範囲よりも大きなシール製造についても企図されることは理解される。例示的な実施形態では、カント角θは、プレート部材16がロータ12の回転方向Rから離れる角度に保証されるように選択され、該カント角θが、シール組立体10内のロータ12の回転を促進するようになる。
In the exemplary embodiment,
図3はさらに、コンプライアントプレート部材16及びスペーサシム21が接触直径77で緊密にパックされ、コンプライアントプレート部材16及びスペーサシム21間のギャップ76が、接触直径77から外側直径79に増大することを示している。上述のように、当業者であれば、フック直径80及び接触直径77は溶接プール幅の少なくとも半分だけ離れていることは理解されるであろう。軸流抵抗部材17は、スロット20を介してコンプライアントプレート部材16を少なくとも部分的に貫通して延びて、ギャップ38間の軸方向漏出流れの防止を可能にする。より具体的には例示的な実施形態において、軸流抵抗部材17は、ハウジング14の回りを円周方向に延びて、ハウジング14からロータ12に向かって半径方向内向きに延びる。
FIG. 3 further shows that the
例示的な実施形態において、スロット20及び軸流抵抗部材17は、実質的に一定の幅W1、W2をそれぞれ有する。さらに、軸流抵抗部材17は、スロット20の幅W1に実質的に等しいとすることができる幅W3を有する上側部分18を含むことができる。或いは、幅W1、W2、W3は、本明細書で説明されるようにシール組立体が機能することができるあらゆるサイズとすることができる。さらに、ギャップ58は、軸流抵抗部材17とスロット20との間に定められる。例示的な実施形態において、ギャップ58は、前部セクション62、ブリッジセクション63、及び後部セクション64を含む。図2では、コンプライアントプレート16のスロット20及びハウジング14の軸流抵抗部材17がコンプライアントプレート部材16の中央に示されている。代替の実施形態では、軸流抵抗部材17は、ハウジング14から軸方向にオフセットすることができる。
In the exemplary embodiment, the
例示的な実施形態において、ギャップ58の寸法は、所定の静圧リフト及び/又は静圧ブローダウン条件に基づいて選択される。例えば、前部セクション62は、後部セクションの増加中に減少する可能性がある。このようなギャップ構成は、静圧ブローダウンを引き起こす可能性がある。本明細書で使用される用語「ブローダウン」は、圧力負荷を受けたコンプライアントプレート部材16の半径方向内向きの方向を指す。代替の実施形態において、前部セクション62は、後部セクション64よりも大きくすることができる。このようなギャップ構成は、プレート部材16に対するリフトを引き起こす可能性がある。例示的な実施形態において、コンプライアントプレート部材16は、前部セクション62の近くで有効なブローダウン力を生じ、後部セクション64の近くで有効なリフト力を生じ、ここで前部及び後部セクション62及び64は、公知のコンプライアントプレートシール組立体に比べて互いにより近接している。ギャップセクション62及び64間の距離が短縮したことに起因して、ブローダウン及びリフト力もまた、公知のコンプライアントプレートシール組立体内で発生する力と比べて、互いにより近接している。力の間の隔たりを短縮することによって、各コンプライアントプレート部材16に作用する捩れトルクは、公知のコンプライアントプレートシール組立体と比べて低減が促進される。
In the exemplary embodiment, the size of
ここで、シール組立体10を製造するための例示的な方法を説明する。図4は、例示的な実施形態による、シール組立体10に製造する前のスペーサシム70及びコンプライアントプレート75を示す。シール組立体10の製造中、スペーサシム70及びコンプライアントプレート75の交互する列は、コンプライアントプレート部材16を形成する際の第1のステップとして緊密にパックされる。例示的な実施形態において、スペーサシム70は、交互パック構成でコンプライアントプレート75の各々間に必要なスペースを提供する。スペーサシム70は、以下でさらに説明するように、フックリングセグメント27の上に載せてこれに溶接されるように構成された軸方向に延びる縁部73を含む。上述のように、スペーサシム70は、各コンプライアントプレート75間の空間を占める。スペーサシム70の厚みは、根元部(図1から3の26)においてコンプライアントプレート75の各々間に必要なスペース(すなわち、図3のギャップ38)を提供する。スペーサシム70は、各軸方向に延びる縁部73の下のフックリングセグメント27上で組み立てると、フックリングセグメント27の外側直径の下の特定の距離だけ延び、これは、スペーサシム70とコンプライアントプレート75との間の接触線である。スペーサシム70の厚みは、ギャップ38を定めるために、略0.0005インチから0.010インチの範囲内のある値として選択される。この製造技術は、スペーサ厚みを限定せず、本明細書で説明される特定の範囲よりも大きい又は小さい厚みも企図することができる。
An exemplary method for manufacturing the
例示的な実施形態では、コンプライアントプレート75は、シール組立体の可撓性部分を含むシム又はプレートであり、コンプライアントプレート部材16の一部である。中央切欠部76は後で、半径方向に向いた軸流抵抗部材17を含むスロット20を定める。コンプライアントプレート75はさらに、本明細書でさらに説明されるように、フックリングセグメント27上に載りこれに溶接されるように構成された軸方向に延びる縁部78を含む。コンプライアントプレート75の厚みは、上記にTで表記されるように、略0.004インチから0.030インチの範囲内のある値として選択される。この製造技術は、コンプライアントプレート厚みを限定せず、本明細書で説明される特定の範囲よりも大きい又は小さい厚みも企図することができる。
In the exemplary embodiment,
図5は、例示的な実施形態による、溶接治具100の分解斜視図を示している。図6は、例示的な実施形態に従って取り付けられた溶接治具100の側断面図を示す。溶接治具100は、湾曲表面106を有するベース部105を含むことができる。ベース105は、本明細書でさらに説明されるように、湾曲表面106がコンプライアントプレート75の回転を抑制するためのダミーロータとして動作するように構成される。溶接治具100はさらに、本明細書でさらに説明されるように、後でフックリングセグメント27に機械加工されるフックプレート110を含むことができる。フックプレート110は、好適な締結具111によってベース部105に機械的に締結することができる。傾斜ブロック115、120及びそれぞれの端板125、130はさらに、締結具121によってベース部105に機械的に締結される。加えて、負荷又はジャッキスクリュー122が傾斜ブロック115、120に結合され、従って、傾斜ブロック115、120にバネ荷重を加えて、傾斜ブロック115、120の間でスペーサシム70及びコンプライアントプレートを加圧する。例示的な実施形態において、スペーサシム70及びコンプライアントプレート75は、溶接治具100のフックプレート110上に交互に取り付けられる。スペーサシム70及びコンプライアントプレート75の数は、例証の目的で低減して示されている。完全なシール組立体(例えば、図1から3のシール組立体10)では、複数のスペーサシム70及びコンプライアントプレート75が存在することは理解される。上述のように、スペーサシム70及びコンプライアントプレート75が傾斜ブロック115、120の間で溶接治具100に交互に装荷されると、それぞれのスペーサシム70及びコンプライアントプレート75の軸方向に延びる縁部73、78は、フックプレート110上にパックされる。結果として得られるパックされたスペーサシム70及びコンプライアントプレート75は、リーフパック140と呼ばれる。溶接治具100におけるリーフパック140の角度は、溶接治具100の各端部における傾斜ブロック115、120によって確定される。例示的な実施形態において、バネ荷重の傾斜ブロック115、120は、各傾斜ブロック115、120に装着されたジャッキスクリュー122によって取り付けられたときに、リーフパック140を加圧するよう駆動することができる。スペーサシム70及びコンプライアントプレート75の先端における半径方向表面106は、フックプレート110上の接触点の回りをリーフパック140が回転するのを抑制する。スペーサシム70及びコンプライアントプレート75がその上に取り付けられるフックプレート110は、スペーサシム70及びコンプライアントプレート75の軸方向に延びる縁部73、78の幅と同様の厚みがある。キャッププレート135は、リーフパック140の外側直径に取り付けられ、取り付け後にこれらをクランプして、溶接中の移動を阻止する。
キャッププレート135は、機械的締結具131によって溶接治具に(図示のように、端板125、130に)機械的に締結することができる。
FIG. 5 shows an exploded perspective view of the
The
図7は、例示的な実施形態による、溶接される前の溶接治具100の切り欠き正面図である。完全に取り付けられると、加圧されたリーフパック140は、溶接治具100内に固定される。上述のように、スペーサシム70及びコンプライアントプレート75の軸方向に延びる縁部73、78は、フックプレート110の上に載り、これにより溶接領域145(すなわち、スペーサシム70及びコンプライアントプレート75を適切な角度で位置付けるのに使用され、且つシール組立体10の溶接継手としての役割を果たすフックプレート110の半径方向フック表面)が形成される。従って、フックプレート110は、溶接領域145に加えてスペーサシム70及びコンプライアントプレート75の軸方向位置決めを可能にすることは理解される。フックプレート110は、リーフパック140に隣接したフックプレート110の面内に設けられた解放部位112を含む。本明細書でさらに説明されるように、リーフパック140がフックプレート110に溶接された後、フックプレート110は、解放部位112にて機械加工される。
FIG. 7 is a cutaway front view of
例示的な実施形態において、溶接ビーム(例えば、電子ビーム又はレーザビーム)は、リーフパック140をフックプレート110に溶接するために溶接領域145に沿って集束される。溶接ビームは、電子ビーム又はレーザビームとすることができ、フックプレート110の加熱を最小にするために薄く且つ狭いビームを提供すると共に、フックプレート110及びリーフパック140に沿って深い溶接を提供する。図8は、フックプレート110及びリーフパック140間に定められる溶接領域145に沿った溶接を示す、溶接治具100の正面図を示している。例示的な実施形態において、溶接部150は、コンプライアントプレート75の切欠領域76を過ぎた深さまで侵入する。代替の実施形態において、フックリングセグメント27とリーフパックとの間の溶接部は、リーフパック140の外側部分から、コンプライアントプレート及びスペーサシムをフックリングセグメント27に固定するのに十分な深さまで延びる。
In the exemplary embodiment, a welding beam (eg, an electron beam or a laser beam) is focused along
例示的な実施形態において、リーフパック140は、侵入深さを最大にしながら溶接幅を最小にするような最適溶接パラメータを使用して、各側部上でフックプレート110に軸方向で溶接される。溶接幅を最小にする目的は、溶接プロセスに内在する変形又は溶接収縮を軽減することである。溶接侵入深さを最大にすることにより、溶接シール組立体10がタービン環境で受ける応力に耐えることが保証される。リーフパック140は、該リーフパック140をフックプレート110に固定するために、最初に、一方の側部上に浅い溶接で軸方向に溶接される。この溶接により、反対の側部上での深い溶接侵入中に半径方向のギャップが生じる可能性が最小になる。溶接治具100が反転され、反対側部上で深い溶接侵入で軸方向に溶接される。次いで溶接治具100は、再度反転され、浅い溶接と同じ位置及び向きであるが、所望の溶接幅及び溶接深さを得るための溶接パラメータで再溶接される。例示的な実施形態において、溶接部150の深さは、フックプレート110及びリーフパック140の残っている非溶接部分の幅W4が切欠部76の幅W1よりも小さくなるようにされることは理解される。代替の実施形態において、フックリングセグメントとリーフパック140との間の溶接部は、リーフパック140の外側部分から、コンプライアントプレート及びスペーサシムをフックリングセグメント27に固定するのに十分な深さまで延びる。リーフパック140がフックプレート110に溶接された後、溶接治具100の他の部品が取り除かれる。例示的な実施形態において、締結具131及びキャッププレート135が取り除かれる。締結具121、端板125、130、及びそれぞれの傾斜ブロック115、120もまた取り除かれる。最後に、ベース部105が取り除かれる。本明細書でさらに説明されるように、リーフパック140及びフックプレート110の溶接された結合体が残る。次いで、フックプレート110は、本明細書でさらに説明されるように機械加工される。
In the exemplary embodiment,
図9は、リーフパック140に対するフックプレートの機械的締結を実施する溶接治具の代替の実施形態の正面図を示す。リーフパック140に溶接されることになるフックリングセグメント27は、機械的締結具29により下側支持プレート109に取り付けられてボルト締めすることができる。フックリングセグメント27を支持プレート109にボルト締めする数多くの方法があるので、図9には、基本的なボルト締め組立体が実施例として示される。スペーサシム70及びコンプライアントプレート75が、上述と同じ方法で取り付けられ配向される。溶接治具100の溶接及び取り除きもまた、上述のように実施される。
FIG. 9 shows a front view of an alternative embodiment of a welding jig that implements mechanical fastening of the hook plate to the
再度図8を参照すると、上述のように、フックプレート110の下側部分は、溶接後に解放部位112で機械加工される。或いは、図9に示すように、下側支持プレート109は、溶接後に除去することができる。図10は、リーフパック/フックリングセグメントの結合体200としてフックリングセグメント27に溶接されるリーフパック140の正面図を示す。上述のように、フックリングセグメント27が以下で説明するようにハウジング14に取り付けるために残るように、フックプレート110の下側部分は機械加工で除去されている。加えて、当該技術分野で公知のように、溶接プロセスは、溶接部150に沿って粗い縁部が残る可能性がある。従って、本明細書で説明されるように、ハウジング14への取り付けのために、溶接部150も機械加工して滑らかな表面にする場合がある。限定ではないが、研削、sink放電加工(EDM)及びフライス加工を含む、あらゆる最新の機械加工技術を実施してフックプレート110の下側部分を除去することができる点は理解される。
Referring again to FIG. 8, as described above, the lower portion of the
図11は、図10のリーフパック/フックリングセグメントの結合体の斜視図を示す。例示的な実施形態では、この結合体をハウジング14内に取り付けるために、リーフパック140における各個々のコンプライアントプレート75の湾曲部は、最終シール組立体10のロータ12の略直径及び湾曲部にまで機械加工される。リーフパック140の機械切断は湾曲部205で示される。加えて、弦方向切断が、リーフパック140の角度に対応する線210に略沿って実施される。図12は、前述の機械切断の後の図10及び11の結合体200の斜視図を示す。
11 shows a perspective view of the leaf pack / hook ring segment combination of FIG. In the exemplary embodiment, the curved portion of each individual
図13は、リーフパック140の上側セクション141(スペーサシム70及びコンプライアントプレート75両方とも)が機械加工されて除去された、図11及び12の結合体200の正面図を示す。図14は、図13の結合体200の斜視図である。切欠部分76及び上側セクション141の両方を含む結果として得られるギャップは、軸流抵抗部材17が延びるシール組立体10のスロット20に対応することは理解される。加えて、スロットは幅W1である。例示的な実施形態において、溶接部150は、フックリングセグメント27を含むスペーサシム70及びコンプライアントプレート75の残りの部分の全長Lを覆い、従って、スペーサシム70、コンプライアントプレート75、及びフックリングセグメント27間の完全な溶接を形成できる点はさらに理解される。代替の実施形態において、フックリングセグメント27及びリーフパック140間の溶接部は、リーフパック140の外側部分から、コンプライアントプレート75及びスペーサシム70をフックリングセグメント27に固定するのに十分な深さまで延びる。
FIG. 13 shows a front view of the
再度図2を参照すると、一体化された軸流抵抗部材17を含むハウジング14の1つの実施形態が示される。ここで、ハウジング14及び軸流抵抗部材17は、図15に示されるように、弓形半径方向流れプレートハウジング170と呼ばれる。例示的な実施形態において、弓形半径方向流れプレートハウジング170は、上述のように機械的締結具又は溶接によって弓形セグメントに固定される。仕上がった結合体200は、最終シール組立体10を得るためにハウジング内に取り付けられる。図15は、例示的な実施形態による、弓形半径方向流れプレートハウジング170を示す。溶接されたフックリングセグメント27の内側直径は、弓形半径方向流れプレートハウジング170のシールを位置付け、シールの外形が、ハウジング14の内側直径溝と嵌合する。図15は、機械的に取り付けられた、例示的な弓形半径方向流れプレートハウジング170を示している。機械的に取り付けられた弓形半径方向流れプレートハウジング170では、結合体200は上述のように機械加工される。上述のように、コンプライアントプレート70に対して同一平面上で端部切断が行われる。次いで、ハウジング14が機械的に取り付けられて結合体にされ、弓形半径方向流れプレートハウジング170をもたらす。例示的な実施形態において、ハウジング14の端面は、最終シール組立体10の予め定められたカント角で予め切断することができ、或いは、端面は、結合体200との最終取り付けの後に対応するリーフカント角により切断することができる。例示的な実施形態において、取り付け後に端部の切断を行うことにより、完全なリングシールを形成したときに、ハウジング製造とシールセグメント製造間の機械加工公差によって生じる、全体のシール漏出の原因となる隣接シールセグメント間のギャップが防止される。
Referring again to FIG. 2, one embodiment of the
本明細書で説明される例示的な製造方法は、シールの最終仕上げ又は再形成に必要な後処理ステップの数を最小限にする弓形セグメントへの個々のコンプライアントプレート75の取り付けを提供する。スペーサシム70及びコンプライアントプレート75の向きは、溶接治具100によって定められる。本明細書で説明される例示的な実施形態は、フックリングセグメント27と共に溶接継手においてスペーサシム70及びコンプライアントプレート75を緊密にパックする。軸方向溶接がコンプライアントプレートの両側に施されて、剛直なリングセグメントのODにこれらを接合し、これは、スペーサシム70及びコンプライアントプレート75が近接触したシールの半径方向位置で行われ、これにより最小ギャップがもたらされる。溶接収縮に伴う変形を最小にするために、スペーサシム70は、溶接領域145を下回る特定の半径方向距離を延びて、隣接コンプライアントプレート間のテーパ付きギャップにまで及ぶ。
The exemplary manufacturing method described herein provides for the attachment of individual
本明細書で説明された好ましい実施形態では、シールは、かなり均一な厚みを有する有意に真っ直ぐなコンプライアントプレートを使用する。当業者であれば、提案の製造技術は、リーフが、切欠が無い、湾曲している、1つ又はそれ以上の場所での撓んでいる、或いは1つ又はそれ以上のセクションで厚みが変化することができる他のコンプライアントプレートシール構造に役立つことは理解される。 In the preferred embodiment described herein, the seal uses a significantly straight compliant plate with a fairly uniform thickness. For those skilled in the art, the proposed manufacturing technique is that the leaf is not cut, curved, bent at one or more locations, or varies in thickness at one or more sections. It will be appreciated that other compliant plate seal structures that can be useful.
限られた数の実施形態のみに関して本発明を詳細に説明してきたが、本発明はこのような開示された実施形態に限定されないことは理解されたい。むしろ、本発明は、上記で説明されていない多くの変形、改造、置換、又は均等な構成を組み込むように修正することができるが、これらは、本発明の技術的思想及び範囲に相応する。加えて、本発明の種々の実施形態について説明してきたが、本発明の態様は記載された実施形態の一部のみを含むことができる点を理解されたい。従って、本発明は、上述の説明によって限定されると見なすべきではなく、添付の請求項の範囲によってのみ限定される。 Although the invention has been described in detail with respect to only a limited number of embodiments, it is to be understood that the invention is not limited to such disclosed embodiments. Rather, the invention can be modified to incorporate many variations, modifications, substitutions, or equivalent arrangements not described above, which correspond to the spirit and scope of the invention. In addition, while various embodiments of the invention have been described, it is to be understood that aspects of the invention can include only some of the described embodiments. Accordingly, the invention is not to be seen as limited by the foregoing description, but is only limited by the scope of the appended claims.
10 シール組立体
12 ロータ
14 ハウジング
16 コンプライアントプレート部材
17 軸流抵抗部材
18 上側部分
20 スロット
21 スペーサシム
22 第2の側面
26 根元部
27 フックリングセグメント
28 第1の側面
29 機械的締結具
30 第2の側面
32 前方面
33 高圧側
34 後方面
35 低圧側
36 先端
38 ギャップ
40 スクリュー
42 外側部分
44 内側部分
48 接平面
50 線
58 ギャップ
62 前部セクション
63 ブリッジセクション
64 後部セクション
70 スペーサシム
73 軸方向に延びる縁部
75 コンプライアントプレート
76 ギャップ
77 接触直径
78 軸方向に延びる縁部
79 外側直径
80 フック直径
100 溶接治具
105 ベース部
106 湾曲平面
109 下側支持プレート
110 フックプレート
111 好適な締結具
112 解放部位
115 傾斜ブロック
120 傾斜ブロック
121 締結具
122 荷重又はジャッキスクリュー
125 端板
130 端板
131 機械的締結具
135 キャッププレート
140 リーフパック
141 上側セクション
145 溶接領域
150 溶接部
170 弓形半径方向流れプレートハウジング
200 リーフパック/フックリングセグメント結合体
205 湾曲部
210 線
10
Claims (10)
複数のコンプライアントプレート(16)及び複数のスペーサシム(21)を溶接治具(100)に交互に取り付けて、溶接治具(100)の半径方向に対して傾斜し、且つ溶接治具(100)のベース部(105)に対して湾曲部(205)を有する複数のコンプライアントプレート(16)を備えたリーフパック(140)を形成する段階と、
複数のコンプライアントプレート(16)の各々が切欠部(76)を含むようにリーフパック(140)内に切欠部(76)を導入する段階と、
リーフパック(140)のコンプライアントシール(16)及びスペーサシム(21)の各々の上側セクション(141)を除去する段階と、
除去された上側セクション(141)及びコンプライアントプレート(16)の切欠部(76)に半径方向流れプレート(17)を固定する段階と、
複数のコンプライアントプレート(16)及び複数のスペーサシム(21)の側部を溶接治具(100)上に配置されたフックプレート(110)に溶接する段階と
を含む方法。 A method for producing a compliant plate seal (10), comprising:
A plurality of compliant plates (16) and a plurality of spacer shims (21) are alternately attached to the welding jig (100), inclined relative to the radial direction of the welding jig (100), and the welding jig (100). Forming a leaf pack (140) comprising a plurality of compliant plates (16) having curved portions (205) relative to the base portion (105) of the
Introducing a notch (76) into the leaf pack (140) such that each of the plurality of compliant plates (16) includes a notch (76);
Removing the compliant seal (16) of the leaf pack (140) and the upper section (141) of each of the spacer shims (21);
Securing the radial flow plate (17) to the removed upper section (141) and notch (76) in the compliant plate (16);
Welding the sides of the plurality of compliant plates (16) and the plurality of spacer shims (21) to a hook plate (110) disposed on the welding jig (100).
第1のフックリングセグメント(27)及び該第1のフックリングセグメントに平行な第2のフックリングセグメント(27)と、A first hook ring segment (27) and a second hook ring segment (27) parallel to the first hook ring segment;
前記フックリングセグメント(27)に溶接されたリーフパック(140)であって、交互に配列されたコンプライアントプレート(16)及びスペーサシム(21)を含むリーフパック(140)と、A leaf pack (140) welded to the hook ring segment (27), comprising alternating compliant plates (16) and spacer shims (21);
前記リーフパック(140)に結合された半径方向流れプレート(17)とA radial flow plate (17) coupled to the leaf pack (140);
を含んでおり、前記リーフパック(140)のコンプライアントプレート(16)及びスペーサシム(21)の各々が、半径方向流れプレート(17)を受けるために除去された上側セクション(141)を含んでおり、Each of the compliant plate (16) and spacer shim (21) of the leaf pack (140) includes an upper section (141) that is removed to receive the radial flow plate (17). ,
前記フックリングセグメント(27)とコンプライアントプレート(16)の各々との間の溶接部が、前記リーフパック(140)の外側部分から、コンプライアントプレート(16)及びスペーサシム(21)をフックリングセグメント(27)に固定するための深さまで延びる、シール組立体。A weld between each of the hook ring segment (27) and the compliant plate (16) connects the compliant plate (16) and the spacer shim (21) from the outer portion of the leaf pack (140). (27) A seal assembly extending to a depth for securing.
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